Диссертация (1024783), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

4.2 можно сделать вывод о том, что индикаторная мощность Niдизельного двигателя достигает максимума при соответствующей цикловойподаче топлива qц, и дальнейшее увеличение подачи топлива не имеетсмысла. В этом случае при росте цикловой подачи топлива qц из-за низкихзначений коэффициента избытка αΣ не обеспечивается полное сгораниетоплива, и, следовательно, не происходит увеличение индикаторноймощности Ni и крутящего момента Mд на валу двигателя. Кроме того,наблюдается значительное ухудшение основных показателей дымности итоксичности ОГ.

В связи с этим необходимо соответствующим образомпрофилировать внешнюю скоростную характеристику двигателя, а систематопливоподачи с соответствующей системой управления топливоподачейдолжны формировать эту требуемую ограничительную характеристикутопливоподачи, а также обеспечить ее коррекцию при изменении параметровокружающей среды, свойств применяемого топлива, ряда других факторов.171При этом целесообразно использовать описанную выше разработаннуюметодика расчета ограничительной характеристики тепловозного дизельгенератора.Рис.

4.2. Зависимость индикаторной мощности, индикаторного КПД икоэффициента избытка воздуха от цикловой подачи топлива4.3. Методика оценки динамических свойствсистемы электронного управления топливоподачейДинамическиесвойствасистемыэлектронногоуправлениятопливоподачей можно оценить с использованием различных методик – поматематическому описанию САР и САУ, по виду расчетных илиэкспериментально полученных переходных процессов, с использованиемчастотных или логарифмических частотных характеристик [29, 73, 130, 156].Для оценки динамических свойств САР и САУ на стадии проектированияцелесообразно использование их математическое описания – системууравнений,описывающихотдельныеэлементысистемыуправления172(собственнодвигатель,турбокомпрессор,впускнойивыпускнойтрубопроводы, регулятор с датчиками режимных параметров, электроннымблокомуправленияиисполнительнымиустройствамиидр.).Математическое моделирование САР и САУ позволяет избежать трудоемкихи продолжительных экспериментальных исследований и, тем самым,сократитьвременныеиматериальныезатратыприпроведенииисследовательских работ.Математическое описание САР и САУ может быть весьма разнообразно.Его выбор определяется, главным образом, типом исследуемой системыуправления, а также необходимой точностью получаемых результатов.

Прирасчетных исследованиях переходных процессов автомобильных дизелейшироко применяют нелинейные математические модели, содержащиенелинейные дифференциальные уравнения элементов САУ и учитывающиереальные нелинейные характеристики параметров дизеля и других элементовсистемы управления. Эти модели с высокой точностью описывают системыуправления, для которых характерна работа с широким диапазономизменения режимных параметров. Однако разработка таких моделейявляется достаточно сложной задачей.

Зачастую при разработке такихнелинейных моделей необходимо проводить дополнительные трудоемкиеэкспериментальные исследования. В связи с этим, для проведенияаналитических исследований чаще используется линейное математическоеописание САУ, содержащее линейные дифференциальные уравнения,описывающие основные элементы САУ [29, 130, 156].Впредставленнойдиссертационнойработедляпроведениядинамических исследований разработана методика оценки динамическихсвойств системы электронного управления топливоподачей. При этомрассмотрена система управления тепловоза с электронным регуляторомчастотывращения,тепловозногодизелявоздействующимтипа12ЧНнадозирующую26/26,котораярейкуТНВДразработана173производственно-промышленнымпредприятиемООО«ПППДизельавтоматика» (г. Саратов). Блок-схема такой системы управлениятепловоза с регулятором типа ЭРЧМ30Т представлена на Рис.

2.1 второйглавы диссертации, а схема электрогидравлического исполнительногоустройства этой системы – на Рис. 2.2 этой главы.Исследуемая электронная система автоматического управления –системаавтоматическогорегулированиячастоты(САРЧ)вращенияколенчатого вала дизеля типа 12 ЧН 26/26 состоит из следующих звеньеврегулирования: дизеля с топливным насосом высокого давления (ТНВД);модулятора дизеля (диск с зубьями, вращающийся с числом оборотов n);датчика частоты вращения (ДЧВ); электронного регулятора частотывращения (ЭРЧВ), содержащего блок управления и электрогидравлическоеисполнительного устройства (ИУ); рычажной передачи от ИУ к ТНВД.Структурная схема САРЧ дизеля 12 ЧН 26/26 приведена на Рис.

4.3.Рис. 4.3. Структурная схема САРЧ дизеля 12 ЧН 26/26: n – частота вращениядизеля; U – напряжение питания, подводимое от блока управления к ИУ; y –перемещение выходного органа (ход сервомотора) ИУ; hр – ход рейки ТНВД;ziм – число зубьев модулятора, проходящих за секунду мимо ДЧВ привращении вала дизеля; zi – число периодов синусоидальных сигналов,поступающих от ДЧВ за секунду174Вкачествеисполнительногоустройствапримененосерийно-выпускаемое электрогидравлическое ИУ типа ЭГУ102, принципиальнаясхема которого приведена на Рис.

4.4. Это устройство включает дваосновных элемента – управляющий золотник и сервомотор. Основныегеометрические характеристики золотника управления исполнительногоустройства представлены на Рис. 4.5.Рис. 4.4. Принципиальная схема ИУ: X – перемещение золотника управления;Y – перемещение штока сервомотора; Z – перемещение плеча рычагаобратной связи; Q – производительность масляного насоса; rb=10 мм и rs=45мм – длины рычагов выходного вала; a=15 мм и b=25 мм – длины плечрычага обратной связи175Рис. 4.5. Основные геометрические характеристики золотника управленияПри создании и совершенствовании этой системы регулированияпроведены расчетные исследования ее динамических свойств. Целью этихисследований являлось определение устойчивости САРЧ дизеля 12 ЧН 26/26при его оснащении ЭРЧВ и оценка показателей качества процессарегулирования (в частности, заброса частоты вращения при сбросеноминальной нагрузки).

При этом проведены следующие исследования:-проведенырасчетыамплитудно-частотнойифазово-частотнойхарактеристик ЭРЧВ;- определена собственная частота колебаний частоты вращения САРЧ;- определен суммарный фазовый сдвиг и ориентировочный заброс частотывращения при сбросе номинальной нагрузки.При расчетных исследованиях использованы следующие линейныематематические модели элементов и системы автоматического управлениятопливоподачей дизельного двигателя в целом. В общем случае уравнениезвена системы управления описывалось линейным дифференциальнымуравнением n-го порядка по формуле [3, 102]:176Andnydt n Bm An 1d mwdt md n 1 ydt n 1 Bm 1 ...

 A2d m 1wdt m 1d2ydt 2 ...  B2 A1d 2wdt 2dy A0 y dt B1dw B0 w ,dt(4.16)где y, w – выходной и входного сигналы звена; Аn, … А0, Bm, … В0 –константыуравнения.Обозначивоперациюдифференцированияd/dtсимволом р, дифференциальное уравнение (4.16) можно записать воператорной форме:( An p n  An 1 p n 1  ...  A1 p  A0 ) y  ( Bm p m  Bm 1 p m 1  ...  B1 p  B0 ) w ,(4.17)где p – комплексная переменная преобразования Лапласа.

Передаточнаяфункция звена САРЧ записывается в виде:Bm p m  Bm 1 p m 1  ...  B1 p  B0.W ( p) nn 1An p  An 1 p  ...  A1 p  A0(4.18)Частотные характеристики рассматриваемого звена САРЧ получают путемподстановки условия p=i (где i   1 ,  – частота колебаний входногосигнала) в выражение для передаточной функции W(p). Тогда амплитуднофазовая частотная характеристика этого звена принимает вид:177Bm m  iBm 1 m 1  Bm  2 m  2  iBm 3 m 3  ...  iB1  B0.W (iω) An n  iAn 1 n 1  An  2 n  2  iAn 3 n 3  ...

 iA1  A0(4.19)При этом слагаемое входного сигнала с w (слагаемое В0 w) в уравнении (4.16)соответствует слагаемому В0 с 0 (или =1) многочлена B() уравнения(4.19). Аналогично слагаемому с dw/dt соответствует слагаемому с 1 (илипросто ), слагаемому с d2w/dt2 – 2; слагаемому с dn-1w/dtn-1 – n-1,слагаемому с dnw/dtn – n.При проведении частотного анализа исследуемой САУ введеныследующие обозначения:aw  B0  B2 2  B4 4  ... ,(4.20)bw  B1  B3 3  B5 5  ... ,(4.21)cw  A0  A2 2  A4 4  ... ,(5.22)dw  A1  A3 3  A5 5  ... ,(5.23)где =2·π·f – круговая частота колебаний входного сигнала регулятора, с-1; f –частота колебаний входного сигнала регулятора, Гц.Коэффициент усиления звена системы регулирования kр вычисляется поформуле:aw2  bw2.kр 22cw  dw(4.24)178Фазовый сдвиг звена системы регулирования γр определяется изсоотношения, град: р  arctgbw  cw  aw  dw.aw  cw  bw  dw(4.25)Далее рассмотрим эти характеристики для указанных выше звеньевисследуемой САРЧ.Дизель типа 12 ЧН 26/26Скорость изменения частоты вращения вала дизеля рассчитывалась сиспользованием соотношения, мин-1/с:dn 30 M N hр,dt  hр N I(4.26)где MN – номинальный крутящий момент дизеля, Н·м; hр – текущееперемещение рейки ТНВД, мм; hр N – номинальный ход рейки ТНВД, мм; I –приведенный момент инерции дизеля с присоединенными агрегатами, кг·м2.Коэффициент усиления дизеля вычислялся по формуле:aw2  bw2 30 M N,kд cw2  dw2  hр I(4.27)где aw = (30/π)·MN /(hр I) [Н·м/мм]; bw = 0; cw = 0; dw = .Основной фазовый сдвиг дизеля определялся по выражению, град:179 д  arctgbw  cw  aw  dw 18030 M N 180 arctg 90o .aw  cw  bw  dw  hр I (4.28)Фазовый сдвиг запаздывания дизеля рассчитывался по формуле, град: зд  tзд180,(4.29)где tзд=15·(2·τ+i)/n·i – время запаздывания дизеля, c; τ – тактность дизеля; n –частота вращения коленчатого вала, мин-1; i – число цилиндров дизеля.Суммарный фазовый сдвиг дизеля есть сумма основного фазовогосдвига и фазового сдвига запаздывания дизеля.

Поэтому он определялся сиспользованием выражения, град: сд   д   зд  90о  tзд180.(4.30)При расчетных исследованиях использованы следующие основныепараметры дизеля типа 12 ЧН 26/26: MN=21065 Н·м – номинальныйкрутящий момент дизеля; I=630 кг·м2 – приведенный момент инерциидизеля; =4 – число тактов дизеля; i=12– число цилиндров дизеля.Время запаздывания дизеля определялось по формуле (4.29):- для режима номинальной частоты вращения (n=1000 мин-1):tзд 15(2  i ) 15(2  4  12) 0,025 c .ni1000  12- для режима минимальной частоты вращения (n=350 мин-1):180tзд 15(2  i ) 15(2  4  12) 0,071 c .ni350  12МодуляторЧисло зубьев модулятора, проходящих за секунду мимо ДЧВ,определяется уравнением, 1/с:ziм zмn,60(4.31)где n – частота вращения дизеля, мин-1; zм – число зубьев модулятора.Коэффициент усиления модулятора вычислялся по формуле, 1/(с·мин-1):aw2  bw2 zмkм  ,cw2  dw2 60(4.32)а фазовый сдвиг равен нулю в соответствии с формулой, град: м  arctgbw  cw  aw  dw 180 0o ,aw  cw  bw  dw (4.33)где aw=zм/60, 1/(с·мин-1); bw=0; cw=1; dw=0; zм=124 – число зубьевмодулятора дизеля типа 12 ЧН 26/26.Датчик частоты вращения181Число периодов синусоидальных сигналов zi, вырабатываемых ДЧВ всекунду при вращении вала дизеля, равно числу зубьев модулятора ziм,проходящих за секунду мимо ДЧВ, т.е.

справедливо равенство, 1/с:z i  z iм .(4.34)Коэффициент усиления ДЧВ вычислялся по формуле:kдчвaw2  bw2 1,cw2  dw2(4.35)а фазовый сдвиг равен нулю в соответствии с формулой, град: дчв  arctgbw  cw  aw  dw 180 0o ,aw  cw  bw  dw (4.36)где aw=1; bw=0; cw=1; dw=0.Блок управления ЭРЧВЭлектронный регулятор частоты вращения включает блок управления иИУ. При этом блок управления имеет следующие звенья регулирования:звено задержки, обусловленной расчетом частоты вращения через интервалвремени tз; звено расчета текущей частоты вращения; звено фильтрации;пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) звено.Число периодов синусоидальных сигналов за секунду, поступающих отДЧВ, при наличии задержки по времени (звено задержки) определялось поформуле:182zi з  zi (t   ) .(4.37)где τ=tз – время задержки, с.

Характеристики

Список файлов диссертации